第六章集中供热系统的热负荷讲稿..

1、第二篇集中供热（讲稿）第一章集中供热系统的热负荷（2学时）第一节集中供热系统热负荷的概算和特征（1学时）1要点热负荷的分类（供暖，通风，生活，生产）；热负荷特征（常年、季节）；热负荷的概算2重点：面积热指标概算法、城市规划指标概算法；通风设计热负荷概算。3难点一个供热系统的综合面积热指标（平均面积热指标）的确定、城市规划指标法。引言：集中供热系统的热负荷按其性质可分为两大类：季节性热负荷、常年性热负荷1. 季节性热负荷季节性热负荷的特点：与季节相关的热负荷，如冬季供暖热负荷、夏季供冷热负荷，其中起决定作用的是室外气温。季节性热负荷一年四季有很大的变化。供暖热负荷、通风热负荷、空调热负荷等是季节

2、性热负荷。2. 常年性热负荷其特点，一年四季都有的热负荷，和季节无关。负荷大小受室外气温影响不大，如生活用热（主要指热水供应）和生产工艺用热。生产工艺用热量直接取决于生产状况。热水供热系统的用热量与生活水平、生活习惯以及居民成分等有关，全天变化较大。集中供热负荷的概算特点：编制集中供热规划或可行性研究报告时，对于已有的各类建筑物往往无法取得全部、准确设计热负荷；对于规划新增的建筑物，这个阶段也没 有准确的负荷。可见，集中供热工程设计初期不可能获得全部建筑物的、准确计算得的设 计热负荷。通常就是，也只能是通过概算方法来确定集中供热系统的设计热负荷。一、供暖设计热负荷概算方法引言：体积热指标概算法

3、、面积热指标概算法、城市规划指标概算法。（一）体积热指标法1、体积热指标概算公式：Qn 二 qVVw（tn -tw） 10-3kW（ 6-1）式中 Qn 建筑物的供暖设计热负荷，kW ；Vw建筑物的外围体积， m3 ；tn 供暖室内计算温度，C；tw供暖室外计算温度，c；qv 建筑物的供暖体积热指标，W/m3 C，它表示各类建筑物，在室内外温差1C时，每1 m3建筑物外围体积的供暖热负荷。2体积热指标qv的影响因素：围护结构传热系数建筑物的体型系数，体型系数对qv的影响体型系数：建筑物与室外大气接触的外表面积与其所包围的体积的比值。外表面积 中，不包括地面和不采暖楼梯间隔墙和户门的面积。建筑体

4、形系数中所指的外表面积不包括女儿墙，也不包括屋面层的楼梯间与设备用 房等的墙体。突出墙面的构件如空调板在计算时忽略掉，按完整的墙体计算即可。即S=F0/V0。它实质上是指单位建筑体积所分摊到的外表面积。体积小、体形复杂的建筑，以及平房和低层建筑，体形系数较大，对节能不利；体积大、体形简单的建筑，以 及多层和高层建筑，体形系数较小，对节能较为有利。如建筑物的高度相同，则其平面形式为圆形时体型系数最小，依次为正方形、长方形 以及其他组合形式。建筑物的窗墙比建筑物门窗的气密性。3 降低供暖热负荷的方法：减小建筑物的体形系数，即在体积相等的条件下减小外维护结构的表面积减小建筑物的窗墙比提高门窗的气密性

5、，减少空气渗透耗热量通过有效地整体规划，从朝向、间距、体形等保证单体建筑受太阳辐射面积最大； 增加建筑物的保温性能4 体积热指标qv通常用于工业厂房和大空间建筑的负荷估算。5 体积热指标qv可从有关手册获取，或调查同类型建筑。（二）面积热指标法1面积热指标法，按下式进行概算：Qn=qf F 10-3 kW（6-2）式中 Qn 建筑物的供暖设计热负荷，kW ；F 建筑物的建筑面积，m2；qf建筑物的供暖面积热指标，W/m2,它表示每1 m2建筑物面积的供暖热负荷。2面积热指标与建筑物平面积没有直接的关系。供暖热负荷大小主要取决于外围护结构（墙、门、窗等）向外传递热量的多少，虽然它与建筑物平面尺寸

6、和层高有关，但是没有3供暖面积热指标法主要用在城市集中供热民用建筑的热负荷概算中。我国城市供热管网设计规范（CJJ34-2010 ）给出的供暖面积热指标的推荐值，见附录 6-1。面积热指标的来源4供暖热指标和地区无关5供暖热指标不能用于单个房间的负荷计算（三）城市规划指标法1:城市规划指标：当各类型的建筑物面积、形状、大小等尚未具体落实时，可用城市 规划指标来估算整个新区的供暖设计负荷。2城市规划指标确定：首先确定城市的居住人口，然后根据城市人均建筑面积，城市住宅与公共建筑的建筑比例指标，来估算城市的综合供暖热指标值（平均面积热指标）。（总规）附录6-1给出热网规范推荐的未采取节能措施的居住区

7、综合供暖面积热指标值为 6067W/m2。此数据是根据北京市许多居住街区的规划资料，按居住区公共建筑占居住区 总建筑面积的14%和公共建筑的平均供暖热指标为住宅的1.3倍条件估算的。当然，各个地区和街区建设情况不同，综合热指标值会有不小的差别。利用城市规划指标确定供热规 划热负荷的方法，目前在我国已有一定的应用。二、通风设计热负荷概算方法在供暖季节中，通过空气加热器（或其他通风专用设备）加热从室外进入的新鲜空气所 消耗的热量，称为通风热负荷。由于通风系统的使用和各班次工作情况不同，一般公共建筑和工业厂房的通风热负荷， 在一昼夜内波动也较大（季节和日变化都大）。1.通风体积热指标法可按下式计算：

8、(6-3)Q't=qtVw （tn- tW-1） X10'3kW式中Qt 建筑物的通风设计热负荷，kW ；V w建筑物的外围体积， m3; tn 供暖室内计算温度，C； tw-1通风室外计算温度，c；qt 通风的体积热指标，W/m 3 -C，它表示建筑物在室内外温差1C时，每1 m3建筑物外围体积的通风热负荷。通风体积热指标qt值，取决于建筑物的性质（使用）和外围体积。工业厂房的供暖体积热指标qv和通风体积热指标 qt值，可参考有关设计手册选用。对于一般的民用建筑，室外空气无组织地从门窗等缝隙进入，预热这些空气到室 温所需的渗透和侵入耗热量，已计入供暖设计热负荷中，不必另行计算

9、。2.百分数法对有通风空调的民用建筑（如旅馆、体育馆等），通风设计热负荷可按该建筑物的供暖设计热负荷的百分数进行概算，即Q；二 Kt QnKW（ 6-4）式中 Kt 计算建筑物通风、空调新风加热热负荷的系数，一般取0.30.5。其它符号同前。三、生活用热的设计热负荷1.热水供应用热 皿等所消耗的热量。卫生热水热负荷为日常生活中用于洗脸、洗澡、洗衣服以及洗刷器卫生热水热负荷取决于热水用量。住宅建筑的热水用量，取决于住宅卫生设备的完善程度和人们的生活习惯。 公用建筑（如浴池等）和工厂的热水用量，与其生产性质和工作制度有关。 卫生热水热负荷的特点：具有昼夜的周期性。日用量变化不大，小时用量变 化较大

10、。图6-1所示为一个居住区的典型日的小时热水用热变化示意图。2热水用量和平均耗热量确定根据用热水的单位数（如人数、床位数等）和相应的热水用水量标准，先确定全天的热水用量和耗热量，然后再计算设计小时热负荷。供暖期热水供应平均小时热负荷按下式计算Qr pcmh(tr tl)T0.001163mv(tr -tl)TkW(6-5)式中 Qrp 供暖期的热水供应平均小时热负荷，kW ；m 用热水单位数（住宅为人数，公共建筑为每日人次数，床位数等）；V 每个用热水单位每天的热水用量，L/d ;可按建筑给水排水设计规范（GB50015-2003）的标准选用（见附录 6-2）;tr 生活热水温度，C,附录6-

11、2中的热水温度按 60C计算，热水器具的使用水温详见规范；ti冷水计算温度，取最冷月平均水温，C；如无资料时，亦可按上述规范的数 值计算。T 每天供水小时数，h/d;对住宅、旅馆、医院等，一般取24h。（T取值和Q）C 水的热容量，c =4.1868kJ/kg G；?水的密度，按?=1000kg/m3计算；30.001163公式化简和单位换算的数值，（0.001163=4.1868 10 /3600 1000）。3城市居住区热水供应的平均热负荷概算：热网规范在总结北京城市集中供热资料的基础上，给出了一个估算公式：Q；p =qs F 10”kW（6-6）式中Q；p 居住区供暖期的热水供应平均热负

12、荷，kW ；F 居住区的总建筑面积，m2；qs 居住区热水供应的热指标，W/m2;当无实际统计资料时，可按照附录6-3取用。小时变化系数如图6-1中，一天n =24内的总热水用量，等于曲线所包围的面积。纵坐标OA表示最大值Q；max。将全天总用热量除以每天供水时数T小时，即为平均热负荷 Qr p。kr=Qr .m a J Qr p(6-7)A或 Qr maxQr pkW( 6-8)图6-1某居住区热水供应热负荷全日变化示意图式中kr 小时变化系数，见附录6-4。小时变化系数的取值用水单位数越多，全天中的最大小时用水量（用热量）越接近于全天的平均小时用水量（用热量），小时变化系数kr值越接近1。

13、对全日使用热水的用户， 如住宅、别墅、医院、旅馆等，小时变化系数按附录 6-4取用。kr值可取大些,对短时间使用热水的用户，如工业厂房、体育馆和学校等的淋浴设备, 可按kr =512取用。6 热网的热水供应设计热负荷：与热水用户和热网的连接方式有关。当用户有热水储水箱时，可采用供暖期的热水供应平均热负荷Qr p计算。当用户无储水箱时，应以供暖期的热水供应最大热负荷Qrmax作为设计热负荷。对热网的干线，热水供应设计热负荷可按热水供应的平均热负荷Qr p计算。5 其它生活用热，如开水供应、蒸饭等项目用热。这些用热负荷的概算，可根据一些指标，参照上述方法计算。例如计算开水供应用热量，加热温度可取1

14、05C，用水标准v可取23L/天人；蒸饭锅的蒸汽消耗量，当蒸煮量为100kg时，约需耗蒸汽100250kg (蒸煮量越大，单位耗汽量越小)。一般开水和蒸锅要求的加热蒸汽表压力为0.150.25Mpa.四、生产工艺热负荷概要：生产工艺热负荷是为了满足生产过程中用于加热、烘干、蒸煮、清洗、溶化等过程的用热，或作为动力用于驱动机械设备(汽锤、汽泵等)。生产工艺热负荷属于全年性热负荷。集中供热系统中， 生产工艺热负荷大致可分为三种：供热温度在130 C 150C以下称为低温供热，一般靠 0.40.6MPa (abs)蒸汽供热；小型蒸汽锅炉供热温度在130C 150C以上到250C以下，称为中温供热。这

15、种供热的热源往往是中、小型蒸汽锅炉或热电厂供热汽轮机的0.81.3MPa (abs)级或4.0Mpa级的抽汽；当供热温度高于250C 300C时，称为高温供热。这种供热的热源通常为大型锅炉房或 热电厂的新汽经过减压减温后的蒸汽。当供热温度高于300 C时，采用油介质锅炉生产工艺热负荷的确定：生产工艺设计热负荷的大小以及热媒种类和参数，主要取决于生产工艺的性质、用热设备的型式以及工厂的工作制度等因素。由于生产工艺用热设备的繁多、热媒参数多种多样，因而工艺热负荷很难用固定的公式表述。工程设计中一 般通过调查研究来获得。对新建工厂的热负荷，应按生产工艺提供的设计数据为依据。对已有工厂的生产工艺热负荷

16、，由工厂提供。为了避免用户多报，设计部门应对所报的热负荷进行核算。通常采用产品单位能耗指标 方法来核实，或按全年实际耗煤量来核算。工业成品单位耗热量的扩大概算指标，可参用附录6-5的数值。同时使用系数ksh各个工厂或车间的最大生产工艺热负荷不可能同时出现。因此,热网所带的工厂区最大生产工艺热负荷，等于核实的各工厂（或车间）的最大生产工艺热负荷之和再乘以同时使用系数ksh。ksh = Qwmax八Qshmax（ 6-9）式中Qwmax 工厂区（工厂）的生产工艺最大热负荷，GJ/h ；7 Qshmax 经核实的各工厂（各车间）的生产工艺最大热负荷，GJ/h ；ksh 生产工艺热负荷的同时使用系数，

17、一般可取0.70.9。当热源（如热电厂）的蒸汽参数与各工厂用户的蒸汽压力和温度参数不一致时, 确定热电厂出口热网的设计流量应进行必要的换算。计算公式为：J 10 Qw max ksh一 Dg m /Xg tg b) D =(i r tr bw(i r 7 r b) wt/h(6-10)式中D'热源出口的设计蒸汽流量，t/h；ir，trb 热源出口蒸汽的焓值与凝水的焓值，kJ/kg ；Dgmax 各工厂核实的最大蒸汽流量，t/hig，tgb各工厂使用蒸汽压力下的焓值与凝水的焓值，kJ/kg ；热网效率，一般取w =0.90.95。对于热电厂供热系统，根据“以热定电”的原则，必需对生产工艺

18、热负荷在全年 中的变化情况有更多的了解。除供暖期的最大热负荷外，还应有供暖期的平均热负荷、非 供暖期的平均热负荷、非供暖期的最小热负荷等资料，以及必要的典型的周期（日或一段 时间）的蒸汽热负荷曲线和年延续时间曲线等资料。这些数据对选择供热机组型式，分析 热电厂的经济性和运行工况都是非常必要的。第二节热负荷图（1学时）概要：热负荷图是用来表示整个热源或用户系统热负荷随室外温度或时间变化的图。热负荷图形象地反映热负荷变化的规律。对集中供热系统设计，技术经济分析和运行管理, 都很有用处。常用的热负荷图有三种。一、热负荷时间图热负荷随时间的变化图。热负荷时间图中的时间期限可长可短，可以是一天、一个月

19、或一年，相应称为全日热负荷图、月热负荷图和年热负荷图。（一）全日热负荷图全日热负荷图用以表示整个热源或用户的热负荷，在一昼夜中每小时变化的情况。全日热负荷图是以小时为横坐标，以小时热负荷为纵坐标，从零时开始逐时绘制的。对全年性热负荷，它受室外温度影响不大，但在全天中小时的变化较大，因此，对生 产工艺热负荷，必须绘制全日热负荷。另外工厂生产不可能每天一致，冬夏期间总会有差 别。因此，需要分别绘制出冬季和夏季典型工作日的全日生产工艺热负荷图，由此确定生 产工艺的最大、最小热负荷和冬季、夏季平均热负荷值。（二）年热负荷图以一年中的月份为横坐标，以每月的热负荷为纵坐标绘制的负荷时间图。图6-2为典型全

20、年热负荷的示意 对季节性的供暖、通风热负荷， 份的室外平均温度确定。图。可根据该月Q图6-2年热负荷图 负荷随室外温度变化曲线图6-3热曲线1-供暖热负荷随室外温度变化曲线;曲线2冬季通风热负荷随室外温度变化曲线；曲线4-总热负荷随室外温度变化曲线（图 6-3）曲线3-热水供应热负荷变化曲线;、热负荷随室外温度变化图图中横坐标为室外温度，纵坐标为热负荷。开始供暖的室外温度定为5C。Qn = qvVw（tn -tw） 10-3Q't=qtVw （tW't） x1。3将这三条线的热负荷在纵坐标的表示值相加，得图6-3的曲线4。曲线4即为该居住区总热负荷随室外温度变化的曲线图。三、热

21、负荷延续时间图反映了大于等于某一数值的热负荷所持续的时间。附录6-6给出我国一些北方城市不同室外温度下相应的延续小时数的气温资料。该资料是按 佃51年1980年30年历年的日平均数值得出的，可供绘制季节性的热负荷延续时间图应用。（先看附录）热负荷延续图意义：确定热源总装机容量，单机容量与台数（与设备规格相匹配和与运行调节相匹配），指导运行调节，作为经济分 析的基础数据（一）供暖热负荷延续时间图在供暖热负荷延续时间图中，横坐标的左方为室外温度tw，纵坐标为供暖热负荷 Qn ；横坐标的右方表示小时数（见图6-4）。如横坐标n 代表供暖期室外温度tw < tw出现的总小时数；ni代表室外温度t

22、w w twi.出现的总小时数；n2代表室外温度tw w tw2出现的总小时 数；nzh代表整个供暖期的供暖总小时数。Q供暖热负荷延续时间图的绘制方法如下：图左方是供暖热负荷随室外温度变化曲线图（以直线Qn-Qk表示）。通过tw时的热负荷 Qn引出一水平线，与相应出现的总小时数n的横坐标上引的垂直线相交于a点。同理，通过tw1时的热负荷Q；引来一水平线，与相应出现的总小时数ni的横坐标上引的垂直线相交于ai点。依此类推，在图6-4右侧连接Q na aia2a ak等点形成的曲线，得出供暖热负荷延续时间图。图中曲线Qn«aia2a3akbkO所包围的面积就是供暖期总的耗热量。当一个供热

23、系统或居住区具有供暖、通风和热水供应等多种负荷时，也可以根据整个 热负荷随室外温度变化的曲线图（见图6-3曲线4），按上述同样的绘制方法，绘制相应的总热负荷延续时间图。（二）禾U用数学公式绘制供暖热负荷延续时间图曲线的方法。（自学）利用无因次综合公式法绘制供暖负荷延续时间图的最大优点是：当缺乏一个城市详细的室外气温分布统计资料情况下，只要从暖通规范中查出该城市的三个规定数据一一即供暖室外计算温度tw、供暖期天数Nzh和供暖期室外日平均温度 tP.j，就可以利用式（6-20） 绘制出供暖热负荷延续时间图。热负荷延续时间图对集中供热系统，特别是对以热电厂为热源的集中供热系统的技术经济分析很有用处。

24、如对确定热电厂的机组型式、规格和台数、确定热媒的最佳参数、多热 源供热系统的热源运行方式等等技术和经济问题，都是非常有用的资料。如能利用数学公式，用 Q二f （n）的函数式表示供暖热负荷延续时间曲线，则对目前大量使用计算机分析和解决一些技术经济问题，带来更多的方便。目前国内研究了两种方法：1. 函数公式法tw = f (n)根据该地区不同室外温度的延续小时数，利用最小二乘法，可拟合的函数表达式，如:tw = A B n 芒门 D n E hi|(6-11)式中 tw 某一室外温度；A、B、C、D、E 常数值；n延续小时数，它的指数次数取决于所要求到达的精度。根据热负荷随室外温度变化的规律Q =

25、 f (tw)，由此可导出Q = f (n)的数学表达式。该方法拟合的精度较高，但必需掌握该地区室外温度tw的延续小时数，亦即需要有该地区的详细室外气温的统计资料。2. 无因次综合公式法各城市的地理位置和气象条件等因素是有很大差别的，但也有一些共同的特点：(1) 根据暖通规范，各城市的开始和停止供暖温度都定为+5 C;(2) 根据暖通规范，以不保证天数为 5天的原则，确定各城市的供暖室外计算温 度tw值；(3) 各城市供暖期长短(n小时数)与其室外气温变化幅度，大致也有一定规律。基于上述这些共同的特点， 根据许多城市从1951年1980年30年历年的室外日平均气 温的资料，通过数学分析和回归计

26、算，可用下列无因次群形式的数学模型，来表达供暖期 内的气温分布规律。f 0N 兰5Rt=R：5：NENzh(6-12)或用下列表示： twN <5t w 'b(6-13)t w ' 5 一 t p j R n 5 ： N N zh式中tw 某一室外温度，c；tw、tpj和5 供暖室外计算温度， 供暖期室外日平均温度和供暖期开始及终止供暖的室 外日平均温度，c；Rt、Rn两个无因次群，分别代表无因次室外温度和无因次延续天数或小时数；Itw tw/、Rt 厂(6-14)5 t WN 5Rn =n -120n zh T20(6-15)Nzh、nzh、5、120 供暖期总天数或总

27、小时数；不保证天数(5天)或不保证小时数(120h )；N、n延续天数或延续小时数，即供暖期内室外日平均温度等于或低于某tw的历年平均天数或小时数;Rn的指数值;(6-16)5t p. j Jt p.j _twJ修正系数。N z h-'5n z hn zh 1 20(6-17)(6-18)根据供暖热负荷与室内、外温度差成正比关系，即Qntn - tw式中 Qn、Qn 供暖设计热负荷和在室外温度tw下的供暖热负荷;Q 供暖相对热负荷比;tn 供暖室内计算温度，取tn =18 C。综合式（6-12）和式（6-13）,可得出供暖热负荷延续时间图的数学表达式:N乞55 ： N < Nzh

28、或(6-20)式中QnQnj0 Rn Qn= 5 -tw / tntw(6-19)N乞55 ： N < Nzh(6-21)附录6-6给出了我国北方二十个城市的无因次综合公式中的-0和b的值，通过二十个城tw下的热负荷偏差市的验证，按无因次综合公式绘制的供暖热负荷延续时间曲线，某一室外 率（与某一室外tw下的理想公式（6-18）与式（6-19）确定的热负荷差异），一般不超过 曲 ;整个供暖期供热总耗热量的相对误差很小，其值只在1.74%2.85%以内，因而所具有的精度，可适用于工程计算上。（三）生产工艺热负荷延续曲线图的绘制方法（自学）生产工艺全年热负荷延续曲线图的绘制比供暖热负荷延续曲线

29、图要麻烦些，而且与实际 的差距也较大。根据我国能源部的有关规定，至少要有冬季和夏季典型日的生产工艺热负荷 时间图作为依据，来绘制生产工艺年热负荷延续曲线图。图6-5左方表示冬季和夏季典型日的生产工艺热负荷图。纵坐标为热负荷，横坐标为一昼夜的小时时刻。如图所假设，生产工艺热负荷Qa在冬季和夏季的每天工作小时数为(mi m2 )和(m3 m4)小时。假定冬季和夏季的实际工作天数为 Nd和N x，则在横坐标表示 延续小时数na =(mi m2) Nd (m3 m4)N x处，引垂直线交生产工艺热负荷 Qa值与a点。同此方法类推，则可绘制出按生产工艺热负荷大小排列的延续时间曲线图。如热电厂同时具有生产

30、工艺热负荷和民用性质(供暖、通风和热水供应)热负荷，热电 厂的总热负荷延续时间曲线图可将两个延续时间图叠加得出。图6-5生产工艺热负荷延续时间曲线图的绘制(a)冬季典型日的热负荷图(b)夏季典型日的热负荷图(c)生产工艺热负荷的延续时间曲线图na = (mi ' m2) N d ' (m3 m4)N x h；帀=(m5 ' m6)N d ' m?N x h事实上，绘制切合实际的生产工艺热负荷延续时间曲线图是难以做到的。对以热电厂为 热源的集中供热系统，各类热用户的总热负荷延续时间曲线图，主要是用于热电厂选择供热 汽轮机的机型、台数等，对集中供热系统的网络设计用处不是